Un team di scienziati russi che lavorano in collaborazione con colleghi internazionali ha utilizzato un nuovo metodo che combina osservazioni microscopiche visive e registrazione dello spettro di fotoemissione che può essere utilizzato per creare una mappa dello stato fisico e chimico di una superficie cellulare. Il team ha studiato le cellule del bacillo del colon Escherichia coli che sono un materiale promettente per lo sviluppo di tecnologie simili alla natura. Lo studio è stato sostenuto con una sovvenzione della Russian Science Foundation, e l'articolo a riguardo è stato pubblicato su Risultati in Fisica rivista.

Gli studi di oggetti simili alla natura sono un campo della scienza in attivo sviluppo basato sull'uso di materiali biologici. Tra l'altro, include tecnologie per lo sviluppo di costruzioni nanometriche sulla base di macromolecole biologiche:DNA, capsule proteiche e coniugatori, e complessi nucleoproteici. Però, per creare tali strutture gli scienziati devono capire come funziona un sistema biologico nel suo insieme, e anche di disporre di tecnologie che consentano tale costruzione, composizione e messa a punto strutturale.

Uno dei migliori soggetti per lo sviluppo di queste tecnologie sono le cellule del bacillo del colon E. coli che può essere facilmente coltivato in condizioni di laboratorio. I batteri producono proteine ​​simili alla ferritina chiamate Dps. Una delle loro funzioni principali in una cellula è l'accumulo di diversi composti di ferro (di forma fissa e di dimensione non superiore a 5 nm) all'interno del globulo proteico. Tali molecole possono essere ottenute utilizzando un metodo di estrazione lungo e relativamente piuttosto costoso con diversi mezzi di frazionamento. In alternativa, il E. coli le stesse cellule possono funzionare come una fabbrica per la produzione controllata, formazione, trasporto, e distribuzione di queste proteine ​​con nuclei inorganici. Però, le questioni dello stato fisico e chimico dei composti del ferro, così come la loro costrizione atomica ed elettronica locale all'interno delle cellule batteriche e sulle loro superfici rimangono aperte. Attualmente non esistono metodi sperimentali diretti universali sufficientemente precisi e chimicamente sensibili per lo studio di microparticelle sulle superfici di strutture biologiche (es. cellule).

Un team di scienziati della Voronezh State University insieme ai loro colleghi (tra cui rappresentanti dell'Immanuel Kant Baltic Federal University) sono stati i primi a studiare le cellule batteriche utilizzando il metodo della microscopia elettronica a fotoemissione (PEEM). Ha permesso ai ricercatori di osservare visivamente l'individuo E. coli cellule e potenzialmente per studiare lo stato fisico e chimico delle loro superfici. Il team ha confermato che il PEEM era qualitativamente applicabile per questo tipo di ricerca.

"Un team della Voronezh State University con il supporto della Russian Science Foundation ha utilizzato una serie di metodi di ricerca ad alta risoluzione, tra cui la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e la microscopia elettronica a scansione, che hanno confermato l'efficienza dell'approccio utilizzato. I risultati mostrati dal gruppo resistono una speranza per un uso più ampio del PEEM per il bioimaging di oggetti cellulari con nanoparticelle inorganiche integrate. PEEM può essere utilizzato per mappare le inclusioni inorganiche sulla superficie cellulare, ovvero ottenere informazioni su quali atomi e in quale stato sono localizzati sulla membrana di una cellula batterica su scala microscopica. La tecnica della spettroscopia fotoelettronica a raggi X è stata applicata con l'uso della radiazione di sincrotrone ad anello di immagazzinamento del Centro di ricerca nazionale Kurchatov Institute, " ha detto il capo del progetto, Professore Associato Sergey Turishchev.

"In futuro prevediamo di aumentare il potere risolutivo di questo approccio al fine di poter ottenere dati precisi sulla superficie delle singole celle o anche su aree specifiche su di esse. Inoltre, vorremmo considerare l'applicazione di questo metodo non solo a cellule batteriche con membrane abbastanza resistenti, ma anche alle cellule eucariotiche, " ha commentato Sergey Antipov, Professore Associato e responsabile del gruppo scientifico di Biofisica Molecolare e Bionanotecnologie presso la Scuola di Scienze della Vita, Immanuel Kant Università federale baltica.